对基本实验原则和实验方法的掌握是进行探究实验的基础

实验教学贯穿整个生物教学过程，实验是进行科学探究活动的重要途径之一，以科学探究为目的的实验被称为探究性实验。实施探究性实验教学有助于实现课程改革目标，是当前教学的重要方式和任务之一。课改以前，生物教学注重生物理论知识的传授，实验主要起到验证强化生物学知识的作用。课改之后，实验教学逐渐成为生物教学的重心，期望学生通过实验探究活动来发现科学知识。新一轮生物课程改革强调：面向全体学生，提高生物科学素养，倡导探究性学习。探究性学习是学生在一种好奇心驱使下，以问题为导向，通过类似于科学家探究性活动的方式获取科学知识，并在此过程中学会科学的方法和技能、科学的思维方式，形成科学观点、树立科学精神的一种十分丰富的学习活动。它的基本研究方法是实验操作。新课程标准特别强调，教师要通过探究式实验教学让学生亲自尝试和体验。探究性实验教学是探究性学习的一种手段，是学生运用所学习的知识解决一些未知领域的生物学问题。它的实施，便于培养学生的创新思维和创新能力，更能增强学生的整体素质。因此，新课程改革要求学校实施探究性教学。新课标实施以来，对学生能力的要求越来越高，对能力考查的一个主要手段，就是通过探究性实验的设计来体现。2017年高考理综全国一卷第29题确定新病毒的类型（DNA病毒或RNA病毒）就是一个典型例子。

目前绝大多数普通高中的实验室条件、实验经费等方面投入严重不足，几乎无专职的实验教师，这在一定程度上也影响了教师和学生对生物实验的开设和学习的积极性。绝大多数学生对生物实验具有浓厚的兴趣，大部分学生乐于亲自动手开展实验，利用业余时间开展课外探究活动，但大部分学校对生物实验教学的指导仍不够重视，部分教师仍仅将生物实验教学作为理论教学的辅助形式，实验开出率和实验课时严重不足，开设的实验多为验证性的经典实验，探究性实验开设极少，实验仍主要是通过讲授、演示和模拟等方式来完成。这都极大地限制了学生通过动手操作来获取知识并提高其实验探究的能力。还有相当多的学生对探究性实验及验证性试验区分不清，对探究性实验设计的一般步骤还不了解，有相当一部分学生对一些课中涉及到的基本实验方法、设计实验所遵循的的基本原则都很模糊，背实验的情况仍然存在。一些教师对新课标所要求的要提高生物学素养、领悟科学研究方法的指导不到位，存在只顾眼前，不管长远发展的功利主义思想，对于学生科学探究能力的培养只停留在口头上，很少落实在平常的教学实践中，这与新课改的目标是格格不入的。如果不提高认识，不落实在教学实践中，在未来的高考中学生必将被淘汰，这种教法随着社会发展必将落伍。

学生要进行探究性实验设计，必须对教材中的实验方法和实验遵循的原则熟练掌握，充分理解并且有深厚的实验动手能力。

生物学常用的实验方法有：（1）显微观察法：如“观察细胞有丝分裂”、“观察叶绿体和细胞质流动”、“用显微镜观察多种多样的细胞”等。（2）观色法：如“生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质的鉴定”、“细胞中DNA和RNA的分布”等。（3）同位素标记法（同位素示踪法）：如“噬菌体侵染细菌”的实验、“美国科学家鲁宾和卡门证明光合作用的氧气全部来自水”的实验等。（4）补充法：如“用饲喂法研究甲状腺激素”、“用注射法研究动物胰岛素和生长素”、“用移植法研究性激素的作用”等。（5）摘除法：如“用阉割法、摘除法研究性激素、甲状腺激素或生长激素的作用”。（6）杂交法：如“植物杂交实验”、“测交实验”等。（7）理论分析法：如“植物向性运动的研究”。（8）模拟实验法：如“渗透作用的实验装置”、“分离定律的模拟实验”等。（9）假说演绎法：如“孟德尔遗传定律的提出”、“摩尔根果蝇杂交实验证明基因在染色体上”等。（10）类比推理法：萨顿提出基因在染色体上的假设。（11）实验条件的控制方法：如增加溶液中的氧可通过泵入空气或放入绿色植物、曝光或遮光等。

实验设计的基本原则主要有：（1）对照原则：在实验设计中，为排除无关条件的干扰，常需要设置对照实验。通过干预或控制研究对象，消除或减少实验误差。鉴别实验中处理因素与非处理因素的差异，除所控制因素外，其他条件与被对照实验完全相同。常见对照方法主要有：自身对照、条件对照、空白对照、相互对照等。（2）单一变量原则：控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。（3）等量性原则：对于无关变量要注意：①所用生物材料要相同，②所用实验试剂要相同，③所用处理方法要相同等。（4）平行重复原则：对所做的实验在同样条件下进行足够次数的重复，不能只进行1—2次便轻易得出结论，任何一项生物实验，都必须能够重复，都必须经得起重复。（5）科学性原则：设计实验时，必须要有充分的科学依据，也就是要以前人的实验为基础，而不是凭空设想，主观臆造。（6）简便经济原则等。

很多学生对验证性实验和探究性实验的根本区别还弄不清楚。探究性实验是指实验者在不知道实验结果的前提下，通过自己进行实验探索、分析、研究得出结论，从而形成概念的一种认识活动；验证性实验指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。就实验目的而言，探究性实验是探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系；验证性实验是验证已知对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系。探究性实验要根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能的答案、解释；验证性试验结论是已知的，故不存在假设问题。

如果说验证实验是对已有的实验进行重复，或对已知的结论进行验证，那么探究性实验就是一个全新的、结果未知的实验，需要确定实验目的、做出实验假设、确定实验原理、设计实验步骤、预测实验结果、具体进行实验操作、观察记录实验结果、对试验结果进行分析得出实验结论。例如“探究唾液淀粉酶催化的适宜温度”的实验，题目就反映了实验的目的，原理是温度影响酶的活性。在设计实验步骤时，要确定温度是自变量，根据自变量设置若干实验组或对照组。实验时间、加酶的量等是无关变量，无关变量必须相同，即遵循等量性原则。因变量即淀粉分解的多少是通过加碘液后蓝色深浅来反映的，在这里涉及生物学常用实验中的观色法、实验条件的控制法（如水浴温控等方法）。最后通过比较蓝色最浅的对应温度即是酶催化的比较适宜的温度。该实验的顺利实施，离不开对基本实验方法、实验基本原则、基本生物学原理的牢固掌握。同时我们也可以提出一些让学生进一步思考的问题，例如我们得到的是不是酶催化的最适温度？如果不是，怎样才能得到更接近真实值的结论呢？不断拓展学生的思维空间，使学生设计实验的能力、思维的缜密程度都不断提高。

随着社会的发展，对创新能力的要求越来越高，对创新型人才的培养，是教育的主要目标和方向。高中一线教师首先要有这样的意识，要从基本的实验方法、实验原则抓起，特别是科学发展过程中的一些经典实验，引领学生从中领悟前人科学研究的方法。推动教师探究性实验教学，提高学生进行科学探究的兴趣，使学生在进行探究性实验的过程中有章可循，在高考中对探究类题型的解决胸有成竹，在将来的科研工作中一定会硕果累累，从而推动社会的快速发展，我们的国家必将成为引领世界发展的创新型国家。